N张图带你回顾2019年国际空间站上都干了啥

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　　作者：张田（中国航天员科研训练中心）
　　文章来源于科学大院公众号（ID：kexuedayuan）
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　　长期以来，太空中有上千颗卫星，但是空间站只有一个，那就是国际空间站。它由美国国家航空航天局（NASA）、俄罗斯国家航天集团（Roscosmos）、欧洲航天局（ESA）、日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）和加拿大空间局（CSA）共同运营。运行20年来，国际空间站已经接待了239位勇敢的探索者、执行了2700多项科学实验。
　　图为国际空间站（图片来源：搜狐网）
　　图为航天员在国际空间站外执行任务（图片来源：http://sci.ce.cn/ ）
　　由于某些原因，国际空间站不太欢迎航天实力已经跻身世界前列的中国参与。
　　不过，一枝独秀不是春，百花齐放春满园，很快，这个局面要被打破了！
　　按照规划，我国将于2020年发射空间站核心舱。这是我国载人航天工程＂三步走＂战略的第三步——空间站任务阶段，即在太空建设具有国际先进水平的空间站，解决有较大规模的、长期有人照料的空间应用问题，计划于2022年前后建成，预计今年发射升空的就是其核心舱。
　　图为＂天和＂号核心舱模型（图片来源：http://ctdsb.cnhubei.com/）
　　虽然他们不带我们玩，但是并不代表我们不能从中学习他们的先进经验呀，那不如让我们跟随照相机的眼睛，来看看2019年，国际空间站里都开展了哪些开拓性的研究吧！
　　＂人啊，认识你自己＂
　　＂人啊，认识你自己＂是刻在希腊阿波罗神殿上的一句名言。认识自己不仅是个人人生中的一个哲学问题，也是国际空间站科学研究的重头戏。在这里，进行着许多生命科学方面的探索，尤其是针对某些疾病的研究，其成果将造福于地球上的万千人类。
　　要器官么？打印的那种！
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　NASA航天员克里斯蒂娜·科赫（Christina Koch）启动了生物制造设施（BFF）。科学家和医学家长期以来一直梦想着使用3D生物打印机来制造人体器官。但事实证明，在地球引力作用下，想要打印出人体器官内部的微小复杂结构非常困难。而BFF可以探索在太空的微重力环境下能否通过3D打印制造人体器官。
　　长期飞行阿尔茨海默病风险会增高吗
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　欧洲航天局（ESA）航天员卢卡·帕米塔诺（Luca Parmitano）手持一个装有淀粉样蛋白聚集的蓝帽小罐子。淀粉样蛋白原纤维（Amyloid fibrils）是一种可在体内聚集的蛋白质，与阿尔茨海默病（Alzheimer＂s）和帕金森病（Parkinson＂s diseases）等多种神经退行性疾病有关。这类神经退行性疾病对长距离飞行的航天员来说是潜在的风险。这项研究正在评估微重力是否会影响这些纤维的形成。
　　探索癌症新疗法
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　NASA飞行工程师克里斯蒂娜·科赫（Christina Koch）正在使用显微镜观察和拍摄生长的蛋白质晶体样品。微重力晶体研究结晶出了一种膜蛋白，该膜蛋白是肿瘤生长和癌症生存的过程所不可或缺的。针对这种蛋白质，研究结果可能有助于开发更有效的、副作用更少的癌症疗法。
　　对时间的感知，变得不靠谱了？
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　在太空中是觉得时光飞逝还是度日如年？加拿大航天局（CSA）航天员大卫·圣·雅克（David Saint Jacques）在微重力环境下进行了一项时间感知的研究实验。戴上显示器后，航天员们会看到蓝色正方形，然后他们要说出这些正方形显示了多久，以此测量和分析长期暴露于微重力环境下人类对时间感知的主观变化。
　　实验结果初步表明，在太空中人会觉得时间过得更快了，这应该算是一个好消息，未来漫长的太空旅行似乎能够好受一点。
　　红细胞与白细胞
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　NASA航天员安妮·麦克莱恩（Anne McClain）手持用于骨髓实验的生物医学设备。这项研究测量了微重力作用前后骨髓中脂肪的变化，还测量了红细胞和白细胞功能的具体变化。
　　太空中怎么做到多吃蔬菜
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　NASA航天员杰西卡·梅尔（Jessica Meir）在空间站上给野芥菜的培养基浇水，并在收获后吃掉了这些蔬菜。这项研究重点是光照质量和肥料对叶状作物的影响。
　　在太空中，微重力可能延缓植物的生长。由于没有重力，植物的蒸腾作用会受到影响，原本通过叶片散失到大气中的水蒸汽，会在叶片上附着更长时间，而蒸腾作用可降低植物体的温度，是植物吸收和运输水分的主要动力。此外，航天器植物培养器中的二氧化碳浓度远远高于地球，在高二氧化碳环境下生长的植物会损失其营养价值，其含有的锌、铁和维生素都会降低。多方面因素综合，植物的产量和营养都下降了 。所以，如何在太空中安全高效、成本合理地种出绿色植物，形成新鲜食品的供应系统，是航天研究的重中之重。
　　在太空中建造更好的骨骼
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　NASA航天员尼克·黑格（Nick Hague）在日本Kibo实验舱内，操作生命科学手套箱（LSG，the Life Sciences Glovebox）。他正在进行骨愈合和组织再生实验的科学操作。这项研究可以使人们更好地理解影响组织再生的因素，并有助于对抗航天员在太空中经受的骨密度损失。
　　感受节律
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　图为NASA航天员安妮·麦克莱恩（Anne McClain）漂浮在＂和谐号＂和＂命运号＂实验舱之间的门厅内。她的额头上戴有一个传感器，正在收集昼夜节律实验的数据，可研究航天员在长时间太空飞行中的＂生物钟＂是如何变化的。
　　＂工欲善其事，必先利其器＂
　　使用工具不是人和动物的根本区别，创造工具才是。如何让我们的工具变得更称心、让制造工具的材料变得更合适、让操作方法变得更先进，是人们不懈的追求。国际空间站的微重力环境，给科研人员带来了新的研究视角和实验方法，也成为了检验尖端技术的练兵场。
　　＂低温冷链运输＂
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　NASA航天员克里斯蒂娜·科赫（Christina Koch）和安德鲁·摩根（Andrew Morgan）将生物学研究样品装入位于美国＂命运＂号实验舱内的一个科学冰箱中。虽然没有透露具体造价，但毋庸置疑，这一定是全世界最贵的冰箱。将科学样品存储在国际空间站实验低温冰箱（GLACIER）之类的制冷设备中，这对于保存好在太空中产生的科学数据以返回地球供研究人员进行分析来说至关重要。
　　测试材料寿命
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　NASA航天员尼克·黑格（Nick Hague）和安妮·麦克莱恩（Anne McClain）先给日本Kibo实验舱的气闸室安装了＂国际空间站材料试验飞行设施＂（MISSE-FF，Materials ISS Experiment-Flight Facility），然后再给装置降压。MISSE-FF搭载了新的材料暴露实验，准备在Kibo舱外进行。＂国际空间站材料试验＂（MISSE）任务是专门为材料辐照试验设立的国际空间站试验任务，于2001年启动，可验证用于航天器研制的材料的寿命。这项研究将有助于科学家了解辐射、太空真空环境和微流星体的撞击会如何影响各种材料。
　　用微生物来开矿？
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　欧洲航天局航天员卢卡·帕米塔诺在库比克培养箱（KUBIK）安装生物采矿反应器，这是生物岩（BioRock）研究的一部分。生物采矿，在地球上已经很普遍了，就是利用微生物的力量从固体岩石中开采有用的矿物和金属。生物岩研究是首次研究微生物如何在微重力和模拟火星重力的条件下生长并改变行星岩石。
　　安全的燃烧实验
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　国际空间站工作人员的任务之一是运行和维护科学硬件。在上图中，NASA航天员杰西卡·梅尔正在可燃烧集成支架（CIR）上工作，该设备可以在微重力下进行燃烧实验。CIR与诸如微重力科学手套箱（Microgravity Science Glovebox）等设施一起，创造了一个牢固而又安全的环境，可以让航天员在其中进行燃烧研究，而不会处于危险之中。
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　这种特殊的火焰是在CIR内部进行的＂火焰设计＂研究中被点燃的许多火焰之一，研究在不同条件下产生的烟尘量。黄色的斑点是烟灰簇，热的时候会发出黄色的光。这些团簇在微重力下比在地球上更大，因为烟灰在火焰中停留的时间更长。
　　每个细胞都在努力地适应太空
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　NASA航天员安德鲁·摩根（Andrew Morgan）利用多用途可变重力平台（MVP，the Multi-use Variable-g Platform）在空间站上进行研究，想了解生物体是如何适应空间环境的，这是未来太空探索的重要组成部分。该平台能研究各种各样的小生物，包括果蝇、扁虫、植物、鱼类、细胞、蛋白质晶体等等。
　　忙碌的蜜蜂
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　加拿大航天局（CSA）航天员大卫·圣雅克（David Saint Jacques）正在与名为＂大黄蜂＂（Bumble）的可自由飞行的小型立方体机器人Astrobee在空间站中一起工作。Astrobee由三个独立的自由飞行机器人（分别是Bumble、Honey和Queen）和一个坞站组成。由于GPS在太空中不好使用，Astrobees需要依靠基于摄像头的定位系统，它使用风扇进行驱动，可以向任何方向自由移动。
　　必不可少的太空行走
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　NASA航天员安德鲁·摩根（Andrew Morgan）在第一次太空行走修复宇宙粒子探测器时挥手致意，他似乎是站在阿尔法电磁光谱仪（AMS-02）和其他空间站硬件之间。AMS为全球数百名研究人员提供了数据，可以帮助他们弄清＂宇宙是由什么构成的＂以及＂宇宙是如何开始的＂等谜团。由于暴露在恶劣的太空环境中，AMS需要升级才能继续收集数据。
　　＂小弟，安排上了！＂
　　最后，不要忘记下一代。和学生进行互动、把科学探索的种子种进青少年的心里，一直是NASA非常关注的领域。不仅在其官网上有专门的教育栏目，在国际空间站这样想＂寸土寸金＂的地方，NASA依然设置了许多学生项目，希望更多的年轻人参与进来。
　　完美的摄影时机
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　参加＂Sally Ride EarthKAM＂项目的学生将赶上日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的HTV-8货运飞船，这是向太空站运载科学和物资的的最佳时机。＂Sally Ride EarthKAM＂是由美国首位进行太空的女性Sally Ride 建立的教育项目，它由中学生远程编程，允许学生们从空间站的角度拍摄并分析我们的地球。学生们可以通过控制空间站上一个特殊的数码相机，来拍摄地球的山川、河流、以及其他有趣的地理位置和地貌。上图这张瑰丽的作品就来自＂Sally Ride EarthKAM＂项目。
　　只会玩乐高？弱爆了！
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　图中这两个足球大小、长得有点像乐高机器人的家伙，可不简单，它的全名叫做＂同步定位、执行、重定向试验卫星＂，即SPHERES－Synchronized Position Hold, Engage, Reorient, Experimental Satellites，NASA飞行工程师航天员亚历山大·斯科沃佐夫（Alexander Skvortsov）和航天员安德鲁·摩根（Andrew Morgan）正与这个球体机器人SPHERES一起漂浮在空间站中，对小型航天器技术进行测试。航天员们正在运行来自SPHERES ＂Zero Robotics＂2019年中学暑期项目参与者的代码。这个项目可测试由学生开发的算法，并从竞赛中选出最佳设计来操作空间站上的机器人。
　　到了太空也要保持联系哦！
　　（图片来源：https://www.nasa.gov/）
　　在一次国际空间站业余无线电会议期间，NASA航天员尼克·黑格（Nick Hague）正漂浮在来自欧洲的＂哥伦布＂实验舱内，他使用的是国际空间站的呼号＂NA1SS＂。国际空间站业余无线电（ISS Ham radio）项目为学生们提供了一个通过无线电与在轨航天员们直接交谈的机会。
　　结语
　　以上只是目前在国际空间站实验室进行的众多科学研究中的一小部分。从在微重力作用下绿叶蔬菜的种植，到分析采矿微生物，再到测试自主机器人，这些研究既能使地球上的人们受益，也能给人类的未来太空探索奠定基础。
　　图为中国空间站假想图（图片来源：http://www.kankanews.com/）
　　2020年1月8日，中国载人航天工程办公室宣布，中国空间站系统已完成试验正样产品生产，正在开展总装集成测试。中国载人空间站整体名称＂天宫＂，各舱段和货运飞船名称具体如下：核心舱命名为＂天和＂，代号＂TH＂；实验舱Ⅰ命名为＂问天＂，代号＂WT＂；实验舱Ⅱ命名为＂巡天＂，代号＂XT＂；货运飞船命名为＂天舟＂，代号＂TZ＂。
　　天宫、天和、问天、巡天、天舟，光看看这些名字，就让人热血沸腾。
　　终有一天，在中国自己的空间站里，中国科学家们也能开展丰富的科学研究，借助太空环境的独特力量，通过智慧和努力造福人类。让我们共同期待那一天吧！
　　参考:
　　https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/2019-space-station-research-in-pictures
　　来源: 科学大院